[發明專利]面向溢油圍捕的柔性連接式雙無人艇自主協同方法

有效

• 申請號: 201710563410.0
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107168341B
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 廖煜雷;何佳雨;李彥瑩;王卓;李曄;秦洪德
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種面向溢油圍捕的柔性連接式雙無人艇自主協同方法，(1)根據溢油所在位置、無人艇初始位置與柔性連接式無人艇的動力學特性，規劃出一條滿足多個約束條件的航行軌跡；(2)對得到的航行軌跡進行軌跡跟蹤；(3)在進行軌跡跟蹤過程中，為確保雙無人艇能夠完成任務，并減小柔性連接作用力和力矩的不利影響，采用基于模糊零空間的行為融合方法，根據所述柔性連接作用力和力矩的影響、實時地修正無人艇的期望艏向與航速；(4)無人艇的運動控制器解算出控制指令，驅使無人艇的實際艏向與航速達到期望值。本發明利用模糊零空間方法有效消除柔性連接作用力和力矩產生的不利影響，實現了柔性連接式雙無人艇的自主協同控制。

技術領域

本發明涉及一種面向溢油圍捕的柔性連接式雙無人艇自主協同方法，屬于無人航行器的協同控制領域。

背景技術

近年來，在近海岸區域接卸油作業中發生的溢油事故呈上升趨勢，對環境造成了災難性影響和重大經濟損失。溢油長時間漂浮在海面上，會極大威脅到海洋生態安全。國際油輪污染治理聯盟通常使用兩艘有人船攜帶圍油欄來清理溢油，但這種傳統的溢油回收作業方式人工操作難度大、準備時間長、經濟性差，而且溢油揮發出的氣體對人體有害，因而考慮采用無人艇執行溢油回收工作。

專利號：201310695162.7，名稱為“一種無人水上收油艇”，提供了一種無人水上收油艇。該無人艇除了具有傳統溢油回收艇的功能以外，還可以實現人工遠程遙控作業、半自動以及全自動回收作業，可以避免溢油對于人體造成的傷害，降低回收難度。但僅僅涉及到單無人艇的收油控制，無法進行多個無人艇的協同收油作業，回收效率較低。

專利號201610121184.6，名稱為蟻群式動態溢油回收系統及其溢油回收方法，提供了一種多個無人艇協同作業的溢油回收無人艇系統及溢油回收方法。所屬無人艇溢油回收系統，利用子母船攜帶無人艇前往溢油區域，通過子母船對溢油的情況進行總體監測，之后根據溢油分布情況將回收任務分配給各無人艇組，無人艇組在主艇的帶領下，采用彈性柵格法進行環境建模，將環境分成許多小區域，并利用dijkstra算法實現最優路徑的選取，完成航跡規劃。所述方法只是將無人艇組中各艇航行視作單獨個體的運動，歸根結底還是單無人艇溢油回收，不僅沒有對無人艇之間的自主協同行為進行融合控制，而且沒有考慮多無人艇之間存在的相互干擾，認為只需要依照預定的路徑進行航行，即可完成溢油的回收。

實際上以圍油欄等柔性連接方式連接雙無人艇進行溢油回收的過程中，若雙無人艇的位置與航行速度處于不同狀態，所述的柔性連接會對無人艇產生不同的力和力矩作用，無人艇難以依照預定的航行軌跡航行，特別是對無人艇的艏向產生顯著影響。

文獻“Fully Automatic Boom Towing by Unmanned Ships:ExperimentalStudy”中，Jimenez 和Giron-Sierria等人通過水池實驗得出雙無人艇攜帶的圍油欄等柔性連接在水面運動時，受到的流體阻力較大，對欠驅動無人艇的航態有不可忽視的影響。無人艇的艏向雖然一直在變化，以試圖修正雙無人艇間的間距，然而無人艇的欠驅動特性導致了雙無人艇間的橫向距離修正會有時滯性，進而導致雙無人艇間的橫向距離與艏向偏差越來越大，從而產生“拖曳分離”現象，雙無人艇之間的橫向距離將會隨著時間累積不斷增大，最終導致雙無人艇的協同控制失效，無法完成圍捕溢油任務。

發明內容

本發明針對單個收油艇回收溢油效率低下，而雙無人艇在圍油欄等柔性連接的力和力矩作用下，存在雙無人艇之間的橫向距離有時會不斷增大，導致溢油圍捕失敗的問題，提供了一種面向溢油圍捕的柔性連接式雙無人艇自主協同方法。

本發明的目的是這樣實現的：第一步：利用慣導以及GPS獲得雙無人艇當前位姿狀態；

第二步：雙無人艇判斷是否需要對溢油進行圍捕：若需要進行圍捕，則探測溢油位置以及溢油面積；若不需要進行圍捕，則獲取目的地的位置；